中国人,牛!500米“超级天眼”开目,可找到外星人!老邪带你现场深度游

王大先生 2020-06-21 15:43:38




当你仰望浩瀚星空时,有没有过这样的疑问:宇宙从哪里来,要到那里去?宇宙是如何起源的,到底有没有外星人?


这些问题貌似不久将有答案!


01




话说在偏僻的贵州省黔南州平塘县克度镇一处群山环抱的天坑——大窝凼里,静静地盘踞着一个庞然大物,正在阳光下熠熠生辉。要说它有多大?口径500米的一口金属大锅!


当然,你肯定已经知道它是什么了。


没错!它就是号称“中国天眼”的500米口径球面射电望远镜,简称FAST。


9月25日,全世界的聚焦到大窝凼,500米口径球面射电望远镜正式落成启用。


习大大发来贺信,祝愿FAST早出成果、多出成果,出好成果、出大成果。


国务院副总理刘延东出席启动仪式,并同相关人士一起按下启动球,正式启动FAST望远镜。





 


【不仅仅是传奇】


 02


FAST工程是我国一项大科学工程,1994年由射电天体物理专家、FAST之父南仁东提出设想,2007年立项,经过22年的论证、选址、设计、建设,中国科学家把它变成了现实。


古有十年磨一剑,今有二十年铸天眼!


这尊世界最大的单体射电望远镜口径达到500米,反射面面积25万平方米,相当于30个足球场大小。


科普一下:灵敏度和分辨率是衡量射电望远镜性能的两个重要指标。灵敏度是指射电望远镜“最低可测”的能量值,这个值越低灵敏度越高;分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力,分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。天线的接收面积越大,灵敏度越高;天线的直径越大,分辨率越高。当然,也就看得越远,星际穿越的能力越强。


“中国天眼”如此巨大,雄踞世界第一!灵敏度理所当然也是世界第一啦。那么,它的灵敏度有多高?专家说了,你在月球上打电话,它都能听得很清楚!能看多远?理论上,它把人类可见宇宙的边缘推到了137亿光年!



与德国波恩100米口径射电望远镜相比,FAST灵敏度提高约10倍;与被评为人类20世纪十大工程之首的美国阿雷西博300米口径射电望远镜相比,FAST综合性能提高约10倍。专家认为,FAST将在未来2030年内保持世界一流设备地位。


   FAST,又一大国重器!


 

【带你现场深度游】

 

03

 

    下面,老邪就带你去现场零距离深度触摸FAST

 


    

     进入FAST的警示牌。



 

     这里是南垭口,进入FAST的第一道关口。

 


老邪爬上周边的山头,努力想拍摄一张完整的FAST照片。



还发现了一些野花







但是,无论在山头那个地方,都拍不完全。FAST实在太大了!

 


从山上下来,沿着小路下行,走向FAST深处。

 

 
 

仔细看FAST的反射面,都是透明的,原来,面板上布满了小孔。

 



再观察仔细一点,这些面板单元都是一个个的三角形,吊装在黑色的索网上。

 



  

每一个三角形面板子单元的角上都有一个固定的圆盘。圆盘上有一根钢拉索牵引,连接地面的一个液压装置。这套装置叫做促动器。整个FAST2800根促动器。每根促动器都有区号和编号,也就是自己的坐标。工作的时候,计算机给每个促动器发送指令,促动器通过伸缩钢索来扯动面板运动。



岩壁上布满了金属梯子,保证每个促动器在被查看时都能被迅速抵达



工作人员正在检查促动器的电路



   

再科普一下:用球面不能做反射面,因其反射的信号发散,是不能聚焦到一点,而抛物面能够把射线聚焦到一点。所以,FAST在观测时,是将球面变形成300米口径的抛物面,用以反射和接受宇宙电磁信号。这是个由中国科学家提出的很了不起的创意。而这个变形,就是通过促动器来完成的。

 


   

沿着盘“窝”公路再往下行,FAST面板已经遮挡了天空。一阵风吹过,突然发出“飒飒”的呼啸声,非常特别,犹如音乐,仿佛是来自宇宙的问候,这就是著名的“大窝凼之歌”!

 






再往下走,就到了FAST底部,这个圈梁结构叫做“馈源舱停靠平台”。这是馈源舱回收的港湾,在馈源舱维修、维护、休整时,会从高空落下,舱停靠平台张开怀抱,将它接住。

 



从这里往上看,150米高处,由6根钢索悬挂起来的飞碟状物件,就是馈源舱。从“锅底”仰望,直径13米、高5米、重30吨的馈源舱,就像一个小铁片!


6座钢索塔最低的130米,最高的175米,都是依山而建,呈“长短腿”结构。每座塔拉着一根直径5厘米的钢索。



 


吊起馈源舱的索塔。六根索塔分别在时钟的1、3、5、7、9、11时位置

 



【中国电科54所点睛“中国天眼”】

 

04


但是,别小看这个“小铁片”,它可是FAST的核心部件!




FAST的馈源舱是用来收集面板反射的电磁信号的装置。


它的工作状态是:由六根400米长的钢索悬挂于半空中,在200多米的范围内摆动,位移控制在毫米级精度,能够瞬间定位到反射面的焦点位置,将巨大反射面收集到的电磁信号聚集在药片大小的空间里。


这是中国科学家一个了不起的创意!


此前,在美国阿雷西博300米望远镜的馈源平台是固定装置,重达千余吨,如果FAST也采用固定式馈元平台,需要近万吨!


而中国科学家的思路是,用6根绳索悬挂起馈源舱,让它能够通过空中姿态调整,定位到FAST反射面的焦点上。




这个思路石破天惊,妙到毫巅,可谓神来之笔!


但是,创意很妙,实施起来却非常困难,是一个世界难题!这可苦了研制者。

 

05

 

FAST馈源舱系统以及舱停靠平台,由中国电科54所负责研制。


老邪在FAST底部的馈源舱停靠平台,邂逅了中国电科54FAST馈源舱系统总设计师李建军先生。



中国电科54FAST馈源舱系统总设计师李建军


“如果说FAST是一个‘天眼’,那么,馈源舱就相当于‘瞳孔’。” 李建军说。


李建军介绍,六根钢索牵引着馈源舱向焦点运动,这是一级控制。但是,绳索的抖动、风的扰动、馈源舱自身的震动等等,都会让馈源舱不停地运动。而稳定接受反射信号,是需要馈元处于静止状态的。要想让悬挂在空中的庞然大物依靠自身内部的一些机构和装置实现悬空静止,难度可想而知!


为此,他们设计了星型框架结构、AB轴机构、六自由度并联机器人等机构,用以抵消扰动,实现精确定位并静止。同时,还实现了重量轻,电磁屏蔽性高等高技术标准。




李建军说,由于馈源舱的各种技术都是首次,没有先例,只能在黑暗中摸索,所以非常艰辛。同时,由于FAST是一项大科学工程,边做边研,精益求精,导致很多设计好的方案经常推倒重来,增加了不少工作量。


但是,54所作为国企,为了更好地完成国家大科学工程建设、保证技术先进,宁可自己多付出一些辛苦,也会承担社会责任。


安装馈源舱的时候,其他工序已经完成,起重设备已经进不来了!而馈源舱重达30吨,有的组件重达五六吨。当时他们只能用手拉葫芦等原始手动启动装置,进行提升零件并安装,特别艰难



用手动起动工具安装馈源舱内部零件


安装以后就是调试,要想实现既定目标,就得靠调试。

 

06

 

917日的一次调试中,FAST馈元成功接收到了一组来自1351光年外的一颗脉冲星的高质量信号。


这是FAST进行试验性观测以来,接收到的质量最好的一组电磁波信号。从获取的频率相位图中,科研人员计算出这颗脉冲星与地球的距离。这次脉冲星数据来自J1921+2153这颗星,距离地球1351光年以外。




脉冲星是宇宙中具有超强磁场,并极快速旋转的强磁化中子星,接收脉冲星信号是FAST最重要的任务之一。


脉冲星在1967年被女科学家贝尔首次发现。由于其特殊且极端的物理条件, 在天文学和物理学上均具有重要的研究价值。但它的发现很困难。


到目前为止,人类只发现了2500余颗脉冲星,其中大部分是由澳大利亚64米口径的帕克斯望远镜找到的。有研究认为,如果使用FAST来寻找脉冲星,将能发现6500颗新的脉冲星,这将是已发现脉冲星总量的2.6倍。

 

07

 



从锅底上来,老邪又走上了FAST最上边的圈梁,这个大圈梁周长1500米,走一圈下来需要20多分钟。据介绍,仅圈梁、索网和6座支撑馈源舱的高塔就用掉10000多吨钢材。


从圈梁上望去,巨大的FAST反射球面蔚为壮观。

 



FAST反射面系统由中国电科54所负责研制。老邪在圈梁上碰到了中国电科54FAST反射面系统副总设计师曹江涛。



中国电科54FAST反射面系统副总设计师曹江涛介绍面板情况


曹江涛介绍,总面积25万平方米的FAST反射面,由4450边长1012米的三角形面板单元构成,分为431个种类。每一块面板单元又由100块边长1米的三角形面板子单元构成。所有的面板子单元有6688种,共有456118块!用掉2000多吨铝合金,这完全是海量的!

 

08

 

FAST的面板从20157月份开始拼装,今年7月完工。拼装在大窝凼旁边的一处空地进行,叫做小窝凼。


就是这里了——



   

“当时的操作过程,是由一个单位先组装一个备架,我们把面板拼装到备架上,经过测量达到要求的精度后,再由另一个单位把面板吊装到FAST框架的索网上。”曹江涛介绍。


就在这块9000平方米的空地上,上演了热火朝天的拼装场面。按照进度,每天拼装20块面板单元,而每块面板单元又由100块子单元拼装而成,总计500多套螺栓,都得拧紧,工作量非常大。而且,拼装是用平面拼成球面,面形精度要求1.5毫米,拼装精度要求2毫米,难度非常大。



曹江涛指导工人拼装面板





当时,施工人员克服技术、天气、工期紧张等难题,披星戴月,风雨兼程,终于按时完成了任务。


至于为什么在面板上有那么多小孔,曹江涛解释说:这样做一是为了减重,让面板重量更轻;二是为了透雨,防止下雨积水压坏面板;三是为了透光,让阳光透过,保持天线下方地面的植物生长,更好地涵养生态。


曹江涛给FAST反射面单元的评价是:轻盈、简洁。


“今天,FAST落成启用了,我们的工作也完成了,马上就要离开,还真有点舍不得。但是,看到这么大一个天线能在我们手里一点一点做出来,感到非常自豪,很有成就感!希望FAST今后发挥应有的作用,能够有更多的新发现。”曹江涛激动地说。


FAST这一大国重器的两大核心系统由我们所研制安装。”中国电科54所副所长高晓滨在现场说,“FAST是中国‘智’造的代表,也是河北创造的代表。”

 

【FAST能干点啥?】

 

09

 

    925日这天,也来了很多权威科学家。





其中就有美国物理学家、诺贝尔奖获得者约瑟夫·泰勒。

 

泰勒接受采访时说,看到这么大一个射电望远镜很震撼,FAST的建设者们很了不起,向他们表示祝贺。泰勒说预计FAST将会带来许多新的、重要的科技成果,他非常期待看到这些成果。如果存在外星智慧生命,FAST有望能够发现外星人。泰勒表示,FAST将提升中国民众对太空探索的热情,使更多的人走近科学,也将使中国在全球科技领域占据更重要的席位。


李建军介绍, FAST的另一个重要任务是观测中性氢,它有能力将中性氢观测延伸至百亿光年外的宇宙边缘,用以观测暗物质和暗能量,寻找第一代天体,用以研究宇宙大尺度物理学,探索宇宙起源和演化。


由于灵敏度提高,FAST能看到更远、更暗弱的天体,通过探测星际分子、搜索可能的星际通信讯号,寻找地外文明的概率将提升510倍;FAST可以将深空测控由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,可以将卫星数据接收能力提高100倍。


射电望远镜关心的是关于过去、现在和未来的东西。


30年来,天文学共获得诺贝尔奖7项,其中5项与射电天文研究有关,未来,FAST基地可能会成为产生诺贝尔奖的摇篮。


浩瀚星空,广袤苍穹,500米口径球面射电望远镜将作为探索宇宙未知领域的神器,揭开更多宇宙之谜,造福人类。


     中国人,牛!


(PS:以后这里将成为一个景区,看FAST只能从山顶上的观景平台远远地看,而且价格不菲!所以,跟随老邪深度游,那是赚大发了!哈哈)


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